galc與頭頸部腫瘤的研究進展

陳 芳 綜述 陳小毅 審校

鞘糖脂類包括半乳糖(基)腦苷脂(galactosylcerebroside，GalCer)和半乳糖(基)鞘胺醇(galactosylsphingosine，psychosine)及其它，主要由半乳糖(基)腦苷脂酶(galactosylceramidase，GALC)降解為半乳糖、腦苷脂和鞘胺醇。Galactosylceramidase gene，簡稱galc，負責編碼GALC。研究發現癌細胞表面的鞘糖脂類含量增加，這在抑制細胞黏附和凋亡方面影響很大［1］。鞘糖脂類含量增加的原因，除了發現頭頸部鱗狀細胞癌(head and neck squamous cell carcinoma，HNSCC)中galc基因轉錄受抑制，應用抗腫瘤藥物可以促進腫瘤細胞里的神經酰胺糖基化，生成鞘糖脂類外，其它均無發現［2，3］。目前國內外關于galc與惡性腫瘤的關系的研究極少，但現有的研究結果提示galc在腫瘤研究中可能很有價值，值得深入研究。

鼻咽癌是華南地區最常見的惡性腫瘤之一［4］，在人類HNSCC中發病居首位，研究發現，galc在多種頭頸部腫瘤細胞系中轉錄受抑制、表達下調并伴甲基化，抗甲基化藥物處理后表達增加，推測galc可能在頭頸部惡性腫瘤的發生發展中發揮重要作用。研究發現癌細胞中GalCer過表達，可能與galc的轉錄受抑與甲基化有關［1］，而且galc的表達異常可能與頭頸部腫瘤細胞凋亡抑制、腫瘤發生密切相關，galc有望成為腫瘤靶向治療的新靶點。本文就galc的結構、生物學功能以及galc與頭頸部腫瘤的研究現狀做一綜述。

1 galc的結構及生物學功能

1.1 galc的結構及與轉錄因子的關系

galc是1種看家基因，位于14q31，大小約60 kb，包括17個外顯子和16個內含子，外顯子除了第1個和最后1個都相對較小，范圍從39到181個核苷酸。內含子大小差異較大，從247個核苷酸到大約12 kb。與其他編碼溶酶體蛋白的基因相似，其5’非翻譯區富含GC，不含CAAT或者TATA序列。其啟動子區顯示有對轉錄因子sp1(50-CCCGCC-30)、yy1(50-AAATGG-30)和ap2(50-GCCTGCAGGC-30)易感的信號序列。即使有些因子作用的啟動區域稍微不同，但是卻大體相似，以此推測galc轉錄受抑制可能是抑制性轉錄因子結合到了合適的啟動子上導致galc轉錄受抑制，進而導致溶酶體酶GALC表達減少，最終導致細胞膜上的GalCer的大量增加。如果能找到sp1、yy1和ap2識別galc轉錄啟動子的相關區域，就可以解釋galc的抑制。SP1雖然是最有效的轉錄因子，它并不會抑制galc，因為SP1的作用主要是增強與之相結合的基因的功能，而非抑制。yy1和ap2都可能抑制 galc，據報道 yy1 還能抑制 p53［5～9］。

1.2 galc的組織表達與生物學功能

galc具有很強的組織表達特異性，在鞘磷脂中大量表達，尤其是在腦白質中，在腎臟、小腸和大腸中含量也很豐富。galc可以從人腦或人尿中提取，也可以從胎盤組織提取，因為在胎盤組織中也很豐富。galc轉錄后出核膜，在細胞質中翻譯成GALC。galc編碼的GALC，又稱半乳糖(基)神經酰胺酶(Galactosylceramidase，也簡稱GALC)，是1種溶酶體的β-半乳糖苷酶，能分解GalCer、psychosine以及其他糖鞘脂類物質為半乳糖、神經酰胺和鞘胺醇，避免這些物質在體內蓄積。GALC由1分子的半乳糖以糖苷鍵結合于神經酰胺上形成，是兩性分子，疏水端由2個長鏈脂肪酸組成并黏附在細胞膜內，親水端由絲氨酸和半乳糖組成位于膜外。除了與胞外基質的交流外糖鞘脂類還有多種生物學功能包括黏附、細胞生長和分化、凋亡和表面抗原［10］。研究發現，GalCer具有凋亡抑制作用，其在細胞內的蓄積可以促使細胞黏附減少，抑制細胞凋亡，促進細胞增殖和遷移并延長細胞壽命，進而導致腫瘤形成，而其產物神經酰胺則有促進凋亡的作用。GalCer的結構圖如下所示:

2 galc與鼻咽癌

2.1 galc在鼻咽癌組織中的表達及臨床意義

galc在正常鼻咽組織和慢性炎組織中存在高表達現象，而在鼻咽癌組織中基本不表達，這提示galc可能在HNSCC的發生、發展中發揮重要作用。研究發現，在HNSCC的癌細胞表面存在著GalCer的過表達，提示galc的表達失活可能與頭頸部腫瘤的發生發展相關，Gorogh等在研究中除了發現GalCer過表達外，還發現galc的轉錄受抑，推測GALC失活很可能是GalCer在腫瘤細胞蓄積的機制之一。

2.2 galc表達下調的可能機制

galc表達下調的可能機制主要有以下幾種:①galc的啟動子區:若galc啟動子區能特異性結合某些轉錄抑制因子將導致其轉錄受抑，翻譯水平隨之下降，GALC功能降低。研究發現AP2和YY1可能都是galc的轉錄抑制因子［8，9］。②基因突變:galc啟動子區和編碼區的基因突變和缺失都會導致galc的轉錄下降。雖然對喉癌中galc的5’側翼區進行序列分析，結果未檢測到突變和缺失，但該序列分析不能排除編碼區的突變，因為只有受抑制的galc的mRNA逆轉錄出的cDNA中堿基對從1749到1897中的一小部分被檢測到，不包含galc的編碼序列。③galc甲基化:甲基化可導致基因不穩定、突變率升高，基因表達異常。甲基化作用無論是發生在啟動子區還是在編碼區，都會影響DNA的轉錄。低度的甲基化使DNA對激活轉錄的蛋白質更敏感，而過度甲基化則使轉錄受抑［11～15］。人類腫瘤細胞中，DNA甲基化導致的基因沉默是1種常見現象［16］。④翻譯后失活:迄今為止，除了HNSCC的研究中報道過galc表達失活外，其他腫瘤中尚無相關報道，所以更有可能是GALC或其它相關酶類翻譯后失活。鞘脂激活蛋白的酶組包括A、B、C、D 4組，作用都很重要，其中A和C能激活并增強 GALC的功能，所以A和C受抑無論是到功能的還是源于基因突變，都會導致GALC功能的降低［15，16］。總之，不管通過那種方式引起的GALC表達減少、功能降低，最終都將導致其底物GalCer不能被有效降解而在細胞膜大量蓄積。

3 galc甲基化與頭頸部腫瘤

甲基化導致的基因表達失活是頭頸部腫瘤中的1個常見的分子機制，與其發生發展密切相關，許多與之相關的基因都存在異常甲基化現象。例如，p16ink4a甲基化是該基因失活的重要機制，與頭頸部腫瘤的發生密切相關［17］。cdh1編碼的E-鈣黏素在細胞黏附系統中起重要作用，該基因的異常表達可導致腫瘤的侵襲及轉移。研究發現，該基因在頭頸部腫瘤中存在高甲基化現象，而在相應的正常組織中無甲基化。還有研究發現，p14、p15、p73、hMLH1、MGMT、DAP 激酶等基因的失活都與啟動子甲基化有關［18～20］。郭忠民等對多種頭頸部腫瘤細胞進行了檢測，結果發現GALC甲基化在頭頸部腫瘤中非常常見，且GALC的表達水平與其甲基化的程度呈反比，甲基化水平越高，GALC的表達相對越低。同時，他們利用藥物逆轉galc的甲基化作用后，發現galc的表達上調，證明galc表達受抑和失活極有可能是其發生甲基化的結果。

4 galc-targeted抗腫瘤治療

腫瘤的發生發展不僅是細胞增殖失控和分化異常的結果，而且與細胞凋亡失衡有關。誘導腫瘤細胞凋亡已成為目前腫瘤治療主要手段之一。

4.1 GALC的底物、產物與細胞凋亡

GALC的底物鞘糖脂在癌細胞表面的蓄積會導致腫瘤形成相關的糖鏈抗原的抗原屬性顯著改變、黏附降低、接觸性生長抑制減弱、運動增強、侵襲性增強更容易轉移。除此之外，他們還為細菌、病毒、毒素提供了結合位點。GalCer抑制凋亡，然而它被GALC水解后的產物神經酰胺卻促進凋亡，如此看來，galc受抑制不止是HNSCC癌變過程的指示劑，還是1個促進劑。

神經酰胺，GalCer代謝的1個產物，是研究最多的1種鞘脂，因潛在誘導凋亡而著稱。Chi等通過調查健康人的喉黏膜、黏膜白斑病和喉癌患者的喉黏膜發現其神經酰胺的含量是逐級遞減的［21］。因為神經酰胺與細胞凋亡有關，所以推測它的含量逐級遞減可能會導致喉癌的發生。而神經酰胺的產量會受到外界刺激的影響，例如:TNF-，內毒素，INF-，IL-1，抗腫瘤藥，高溫，電離輻射等。這些因素都可通過促進神經酰胺的產生誘導細胞凋亡。Reynolds等通過動物模型發現放療和化療會通過增強從頭合成和鞘磷脂水解兩方面提升神經酰胺的含量［3］。神經酰胺作為凋亡促進劑已經應用在腫瘤治療研究中。神經酰胺在細胞內主要由從頭合成和鞘磷脂水解(分解合成)2條途徑產生，其含量主要依靠代謝相關酶的活性。GALC就是鞘磷脂水解途徑中的1個很重要的酶，GALC把GalCer降解成神經酰胺，可謂一舉兩得。所以可以設想，建立以galc為靶點的腫瘤治療方案，從而達到誘導腫瘤細胞凋亡的目的。

4.2 galc甲基化的治療

DNA甲基化對于腫瘤是1種簡便而靈敏的檢測指標，DNA甲基化異常不僅可在手術標本中檢測到，還可從各種體液如唾液、外周血清等檢測到，為臨床應用帶來極大便利，有可能成為將來檢測頭頸部腫瘤的常用方法。而且由于DNA甲基化所致的表達異常是可以逆轉的，故通過恢復僅被抑制的基因的表達，即可恢復細胞正常生長調控功能，有可能達到治療腫瘤的目的。大量體外實驗證實，應用甲基轉移酶抑制劑或去甲基化藥物處理后，可使表達受抑的基因重新表達［22］。因此，以galc甲基化為靶點的治療極有可能為腫瘤治療帶來希望。所以，深入研究galc失活的機制可能為頭頸部腫瘤的診斷和治療提供新的路徑。

綜上所述，在腫瘤研究中galc是1個比較新穎的基因，目前國內外關于galc與惡性腫瘤關系的研究極少，但現有的研究結果暗示galc在HNSCC的研究中是1個非常有價值的基因。galc的失活能導致鼻咽癌的發生，那它的激活是否能抑制鼻咽癌發生;galc與其他有關癌基因、抑癌基因和凋亡相關基因的關系如何;對GALC的檢測能否應用到鼻咽癌的診斷;這些均需進一步探討。

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